Класс А на мощном полевом транзисторе

   Я хотел построить усилитель, с нулевой отрицательной обратной связью, чистого А класса. Нельсон Пасс сделал много работы в этой области со своими сборками. Я же планировал значительно упрощенный вариант такого усилителя. Конечно, там должны быть несколько активных компонентов, чтобы творение имело право называться называться «Усилитель». Всегда восторгался простотой несимметричнх ламповых усилителей. Пара ламп с резисторами к конденсаторами, плюс выходной трансформатор — вот вам секрет качественных усилителей, ведь под понятиям «качественный усилитель» не обязательно, чтобы последний был сложным. Пойдя по стопам ламповых усилителей был собран такой экземпляр. Активный компонент всего один — MOSFET транзистор, дальше пара резисторов и конденсаторов. Схема усилителя проста до безобразия. 

   В схеме использован транзистор 2SK1058 от Hitachi. Это мощный N-канальный полевой транзистор, который отлично справляется со своей работой. На выходе использовал мощный электролитической конденсатор, параллельно которому подключен неполярный конденсатор с емкостью 10мкФ. 

   На входе питания стоят четыре мощных резистора на 10W каждый. Эти резисторы резисторы были подобраны с наименьшей индуктивностью. Их можно заменить проволочными резисторами или вообще — ниромовой проволокой с нужным сопротивлением. Но желательно применение резисторов с минимальной индуктивностью. Сопротивление каждого резистора составляет 15 Ом (при мощности в 10W каждый). Резисторы были подключены последовательно, чтобы увеличить сопротивление. Если есть, то советуется использовать один резистор с указанными параметрами. В итоге мною были использованы 4 резистора с сопротивлением 15 Ом. При параллельном соединении мы получаем один резистор на 7,5 Ом но уже 20W. Они становятся чрезвычайно горячими, на них рассеивается до 40 Ватт мощности, поэтому желательно отдувать с них тепло при помощи кулера Да, класс такого усиления очень неэффективный, но качество…. Схема пожирает более 20 ватт, чтобы отдавать только около 4,8 чистых ватт. Я использовал радиатор рассчитанный на 0,784 ° С / Вт

   Источник питания — 24 Вольт, мощность трансформатора 160 ватт. Диодный выпрямитель (мост) использован на 25 Ампер. Выходное напряжение фильтруется при помощи мощного электролитического конденсатора с полезной емкостью 10000μF. Для фильтрации ВЧ помех использованы дросселя на 5 Ампер, индуктивность порядка 10mH. Смещение осуществляется подстроечным резистором на 100к и подбором резистора на 1МОм. На стоке транзистора должно быть напряжение, которое ровно половине питания. Таким образом, усилитель полностью настроен. Мною были собраны два канала сразу, которые играют очень хорошо. 

   Монтаж был выполнен в самодельном корпусе. Все платы использовались макетные, поскольку не ожидал, что придется все собрать в корпусе. Сами транзисторы греются не очень сильно, поскольку вся основная мощность рассеивается на резисторах. Мощность такого усилителя не велика, но он может стать главным аудио-усилителем в вашей домашней музыкальной системе.

Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

Схема УНЧ на полевых транзисторах

Попробуем заставить транзисторы запеть тёплым ламповым хором.

Оппонент: Почему транзисторный и почему по ламповой схемотехнике? Не лучше ли озадачиться либо классическим ламповым усилителем, либо транзисторным по любой из существующих схем, которых в разных источниках, как грязи в болотах.

Автор: К ламповым усилителям — вообще никаких вопросов. Если не сильно пугает: гибка стальных шасси, приобретение качественных выходных трансформаторов, поиск высоковольтных кондёров и подобранных по параметрам ламп, а будучи звездонутым анодным напряжением в 400 вольт, вы найдёте не только минусы, но и плюсы, то вам дорога в спаянные ряды маньяков лампоманов.

А мы же — ребята ленивые, но умные! Поэтому озадачимся созданием УМЗЧ, полностью выполненного на мощных полевых транзисторах, являющихся, если и не полными твердотельными аналогами ламп, то имеющих близкие к ним квадратичные вольтамперные характеристики, что позволит получить нам на выходе спектр сигналов, аналогичный спектру ламповых усилителей — с преобладанием чётных гармоник и быстрым затуханием гармоник высших порядков.

Теперь по поводу расхожих транзисторных схем, которых «как грязи в болотах». Историю борьбы с феноменом транзисторного звучания, а также основные принципы построения «правильного» усилителя мощности мы подробно рассмотрели на странице ссылка на страницу. Так что для понимания схемотехнической целесообразности конструкции, описываемой в данной статье, рекомендую ознакомиться с приведённой по ссылке информацией.

Здесь же я приведу окоyчательные постулаты, следующие из обозначенного теоретического экскурса:

1. Усилитель должен быть выполнен целиком и полностью на полевых транзисторах, являющихся твердотельными аналогами ламп.
2. Никаких глубоких отрицательных обратных связей в нашем усилителе быть не должно, максимум — внутрикаскадные.
3. Усилитель должен работать в режиме А, что позволит нам достичь приемлемых величин нелинейных искажений при отсутствии обратных связей и напрочь избавит от тепловых искажений.
4. Однотактные транзисторные усилители, обеспечивающие экстремально устойчивую иллюзию звучания лампового усилителя, хороши только для выходных мощностей до 10Вт, поэтому наш выбор — классическая схема двухтактного лампового УМЗЧ, переработанная под комплементарные полевики и не содержащая выходного трансформатора. К тому же двухтактная схема позволяет в пару раз уменьшить ток покоя выходных транзисторов и тем самым во столько же раз увеличить КПД усилителя.

5. «Теория без практики мертва, а практика без теории слепа», — сказал то ли математик Пафнутий Чебышев, то ли полководец Александр Суворов, не суть.

Оппонент: Кстати, а я читал в умной книжке, что оставлять транзисторные усилители без глубоких отрицательных ОС нельзя, даже если они работают в режиме А. Причина — неидентичность и температурная нестабильность характеристик выходных комплементарных транзисторов.

Автор: Сие слова не мальчика, но мужа. Книга — это не только сундук для заначек от жены, но и источник познавательных ценностей. Каждая прочитанная страница повышает уровень интеллекта, но не избавляет от вредных привычек, таких как, например, поковыряться в носу и съесть козявку, или сделать на основании одной прочитанной книги решительные выводы.

Ведь наверняка найдётся и другая книжка, где написано, что две одинаковые лампы не обладают идентичными параметрами, их в идеале ещё надо постараться подобрать из десятка-другого, а выходной трансформатор — как не мотай, не получишь двух идеально одинаковых обмоток.

Оппонент: Я так понимаю, что транзисторы тоже придётся подбирать из десятка-другого.

Автор: Ан нет! Не угадал.
Современные полевые транзисторы, а именно такие мы будем использовать в усилителе, превосходят своих вакуумных собратьев по целому ряду параметров, в частности и по такому важному для работы в оконечных каскадах, как крутизна характеристики (10 А/В против 10-20 мА/В). Поэтому небольшие сопротивления в истоковых цепях транзисторов, не ухудшая усилительных свойств каскада, обеспечат не только температурную стабилизацию, но и подровняют характеристики комплементарной пары транзисторов, а дополнительная местная обратная связь поднимет наш оконечник на труднодостижимый для ламповых схем уровень нелинейных искажений.

Однако пора от слов переходить к делу. Для затравки приведу схему получившегося агрегата,

Рис.1

а морщить лоб, изучать характеристики и разбираться в назначении тех или иных элементов с энтузиазмом начнём уже на следующей странице.

 

УСИЛИТЕЛЬ КЛАССА «А» ДЛЯ НАУШНИКОВ

   Неудовлетворённость качеством воспроизведения музыкальных композиций звуковой картой компьютера заставило взяться за изготовление настольного усилителя. Решил, что это будет простой самодельный усилитель для наушников, собранный по классической схеме на одном транзисторном каскаде.

   Однако есть замечание. Этот усилитель подходящим будет только в том случае, когда входной сигнал не требует усиления по напряжению (например, выход достаточной силы дают МП3 плеер или компьютер). Также, любой шум, возникающий в блоке питания, будет идти прямо через усилитель. По этой причине, необходимо использовать только стабилизированный источник питания. Диапазон выходного напряжения 10-20 В и ток 750 мА. Здесь используется N-канальный МОП — транзистор с обратным диодом для работы в ключевом и линейном режиме IRF610. В процессе изготовления усилителя было опробовано применение и других транзисторов: IRF510, IRF611, IRF612 и IRF710, все без исключения работали хорошо. Рекомендую не использовать IRF530 и IRF540 (обычно встречаются в источниках питания). Используемый LM317 — стабилизатор с регулируемым выходным напряжением позволяет очень точно настроить выходные параметры блока питания.

   Так как этот усилитель будет находиться на рабочем столе в производственном офисе, он должен обязательно вписываться в рабочую обстановку. Повезло, что имелся вышедший из строя внешний CD-ROM, его дизайн подходил идеально. К тому же в его корпусе уже имелся выключатель, адаптер питания, розетка RCA и входы на задней панели, а также разъем для наушников на передней панели.

   При изготовлении усилителя были использованы только те электронные компоненты и комплектующие, которые имелись в наличии. Обычные  резисторы и плёночные конденсаторы. Конденсаторы ёмкостью 1 мкФ, 0.47 мкФ и 0,1 мкФ полипропиленовые. Но никто не мешает использовать и более качественные детали.

   Радиаторы охлаждения имеют сравнительно небольшой объём охлаждающей площади, но обращаю внимание на то, что они прикручены напрямую к металлическому корпусу, который также принимает участие в рассевании тепла. Объём меньшего по размеру радиатора примерно 1,75 квадратного дюйма. Обязательно изолировать MOSFET и регулятор от радиаторов.

   Работа усилителя была опробована при помощи регулируемого блока питания, он включался на низком напряжении. Смещение задается при помощи переменного резистора сопротивлением 100 кОм. Усилитель показал хорошую работу во всём интервале напряжения от 10 до 20 В, но всё же именно качественное воспроизведение звука начиналось при напряжении питания более 13 вольт.

   Далее работа усилителя была проверены при помощи USB осциллографа. Это DSO-2150 с 60 МГц пропускной способностью и максимальной частотой дискретизации 150 мк/с. Увиденная синусоида показала себе с лучшей стороны от 20 Гц до 20 кГц.

Меандр 100 Гц

Прямоугольный 4800 Гц

   Зелёного цвета входной сигнал, а желтый выходной. Мощность сигнала моего генератора не велика и это отражается на качестве исходных волн. Если сравнивать входное напряжение и выходное напряжение вы увидите, что коэффициент усиления цепи составляет около 0,8. Видно, что при 100 Гц присутствует легкий наклон. Наклон постепенно уменьшается, а частота увеличивается и за его пределами около 300 Гц квадрат волнового отклика отличный до 20 кГц — предела сигнала генератора. Поскольку музыка состоит в основном из синусоид это не проблема. Так как для регулировки громкости будут использоваться МП-3 плеер или компьютер, нет необходимости в потенциометре. Ещё один УНЧ, но уже с применением ламп, можно посмотреть тут.

   Схемы усилителей

cxema.org — Мощный УМЗЧ на полевых транзисторах

Давно, еще года два назад, приобрел я старый советский динамик 35ГД-1. Несмотря на его первоначально плохое состояние, я его восстановил, покрасил в красивый синий цвет и даже сделал для него ящик из фанеры. Большая коробка с двумя фазоинверторами сильно улучшила его акустические качества. Осталось дело за хорошим усилителем, который будет качать эту колонку. Решил сделать не так, как делает большинство людей – купить готовый усилитель D–класса из Китая и установить его. Я решил сделать усилитель сам, но не какой-нибудь общепринятый на микросхеме TDA7294, да и вообще не на микросхеме, и даже не легендарный Ланзар, а очень даже редкий усилитель на полевых транзисторах. Да и в сети очень мало информации об усилителях на полевиках, вот и стало интересно, что это такое и как он звучит.

Сборка

Данный усилитель имеет 4 пары выходных транзисторов. 1 пара – 100 Ватт выходной мощности, 2 пары – 200 Ватт, 3 – 300 Ватт и 4, соответственно, 400 Ватт. Мне все 400 Ватт пока не нужны, но я решил поставить все 4 пары, дабы распределить нагрев и уменьшить рассеиваемую каждым транзистором мощность.

Схема выглядит так:

На схеме подписаны именно те номиналы компонентов, которые установлены у меня, схема проверена и работает исправно. Печатную плату прилагаю. Плата в формате Lay6.

Внимание! Все силовые дорожки обязательно залудить толстым слоем припоя, так как по ним будет течь весьма большой ток. Паяем аккуратно, без соплей, флюс отмываем. Силовые транзисторы необходимо установить на теплоотвод. Плюс данной конструкции в том, что транзисторы можно не изолировать от радиатора, а лепить все на один. Согласитесь, это здорово экономит слюдяные теплопроводящие прокладки, ведь на 8 транзисторов их ушло бы 8 штук (удивительно, но факт)! Радиатор является общим стоком всех 8 транзисторов и звуковым выходом усилителя, поэтому при установке в корпус не забудьте как-нибудь изолировать его от корпуса. Несмотря на отсутствие необходимости установки между фланцами транзисторов и радиатором слюдяных прокладок, это место необходимо промазать термопастой.

Внимание! Лучше сразу всё проверить перед установкой транзисторов на радиатор. Если вы прикрутите транзисторы к радиатору, а на плате будут какие либо сопли или непропаяные контакты, будет неприятно снова откручивать транзисторы и измазываться термопастой. Так что проверяйте всё сразу.

Биполярные транзисторы: T1 – BD139, T2 – BD140. Тоже нужно прикрутить к радиатору. Они греются не сильно, но все таки греются. Их тоже можно не изолировать от теплоотводов.

Итак, приступаем непосредственно к сборке. Детали располагаются на плате следующим образом:

Теперь я прилагаю фото разных этапов сборки усилителя. Для начала вырезаем кусок текстолита по размерам платы.

Затем накладываем изображение платы на текстолит и сверлим отверстия под радиодетали. Зашкуриваем и обезжириваем. Берем перманентный маркер, запасаемся изрядным количеством терпения и рисуем дорожки (ЛУТом делать не умею, вот и мучаюсь).

Далее кидаем плату в раствор хлорного железа и ждём, пока оно сделает своё дело. Затем вынимаем, оттираем маркер щёткой для сковород и плата готова.

Вооружаемся паяльником, берём флюс, припой и лудим.

Отмываем остатки флюса, берём мультиметр и прозваниваем на предмет замыкания между дорожками там, где его быть не должно. Если всё в норме, приступаем к монтажу деталей.
Возможные замены.
Первым делом я прикреплю список деталей:
C1 = 1u
C2, C3 = 820p
C4, C5 = 470u
C6, C7 = 1u
C8, C9 = 1000u
C10, C11 = 220n

D1, D2 = 15V
D3, D4 = 1N4148

OP1 = КР54УД1А

R1, R32 = 47k
R2 = 1k
R3 = 2k
R4 = 2k
R5 = 5k
R6, R7 = 33
R8, R9 = 820
R10-R17 = 39
R18, R19 = 220
R20, R21 = 22k
R22, R23 = 2.7k
R24-R31 = 0.22

T1 = BD139
T2 = BD140
T3 = IRFP9240
T4 = IRFP240
T5 = IRFP9240
T6 = IRFP240
T7 = IRFP9240
T8 = IRFP240
T9 = IRFP9240
T10 = IRFP240

Первым делом можно заменить операционный усилитель на любой другой, даже импортный, с аналогичным расположением выводов. Конденсатор C3 нужен для подавления самовозбуждения усилителя. Можно поставить и побольше, что я и сделал впоследствии. Стабилитроны любые на 15 В и мощностью от 1 Вт. Резисторы R22, R23 можно ставить исходя из расчета R=(Uпит.-15)/Iст., где Uпит. – напряжение питания, Iст. – ток стабилизации стабилитрона. Резисторы R2, R32 отвечают за коэффициент усиления. С данными номиналами он где то 30 – 33. Конденсаторы C8, C9 – емкости фильтра – можно ставить от 560 до 2200 мкФ с напряжением не ниже чем Uпит.* 1.2 дабы не эксплуатировать их на пределе возможностей. Транзисторы T1, T2 – любая комплементарная пара средней мощности, с током от 1 А, например наши КТ814-815, КТ816-817 или импортные BD136-135, BD138-137, 2SC4793-2SA1837. Истоковые резисторы R24-R31 можно ставить и на 2 Вт, хоть и нежелательно, с сопротивлением от 0.1 до 0.33 ом. Силовые ключи менять не желательно, хотя можно и IRF640-IRF9640 или IRF630-IRF9630; можно на транзисторы с аналогичными пропускаемыми токами, емкостями затворов и, разумеется, таким же расположением выводов, хотя если паять на проводках, значение это не имеет. Больше менять тут вроде и нечего.

Первый запуск и настройка.

Первый запуск усилителя производим через страховочную лампу в разрыв сети 220 В. Обязательно закорачиваем вход на землю и не подключаем нагрузку. В момент включения лампа должна вспыхнуть и погаснуть, причем погаснуть полностью: спираль не должна светиться вообще. Включаем, держим секунд 20, затем выключаем. Проверяем, нет ли нагрева чего-либо (хотя если лампа не горит, вряд ли что-нибудь греется). Если действительно ничего не греется, включаем снова и меряем постоянное напряжение на выходе: оно должно быть в пределах 50 – 70 мВ. У меня, к примеру, 61.5 мВ. Если всё в пределах нормы, подключаем нагрузку, подаём сигнал на вход и слушаем музыку. Не должно быть никаких помех, посторонних гулов и т. п. Если ничего этого нет, переходим к настройке.

Настраивается всё это дело крайне просто. Необходимо лишь выставить ток покоя выходных транзисторов с помощью вращения движка подстроечного резистора. Он должен быть примерно 60 – 70 мА для каждого транзистора. Делается это так же как и на Ланзаре. Ток покоя считается по формуле I = Uпад./R, где Uпад. – падение напряжения на одном из резисторов R24 – R31, а R – сопротивление этого самого резистора. Из этой формулы выводим напряжение падение на резисторе, необходимое для установки такого тока покоя. Uпад. = I*R. Например в моем случае это = 0.07*0.22 = где то 15 мВ. Ток покоя выставляется на “тёплом” усилителе, то есть радиатор должен быть тёплым, усилитель должен поиграть несколько минут. Усилитель прогрелся, отключаем нагрузку, закорачиваем вход на общий, берем мультиметр и проводим ранее описанную операцию.

Характеристики и особенности:

Напряжение питания – 30-80 В
Рабочая температура – до 100-120 град.
Сопротивление нагрузки – 2-8 Ом
Мощность усилителя – 400 Вт/4 Ом
КНИ – 0.02-0.04% при мощности 350-380 Вт
Коэффициент усиления – 30-33
Диапазон воспроизводимых частот – 5-100000 Гц

На последнем пункте стоит остановиться подробнее. Использование этого усилителя с шумящими тембрблоками, такими как TDA1524, может повлечь за собой необоснованное на первый взгляд потребление энергии усилителем. На самом деле это усилитель воспроизводит частоты помех, не слышные нашему уху. Может показаться, что это самовозбуждение, но скорее всего это именно помехи. Тут стоит отличать помехи, не слышимые ухом от реального самовозбуждения. Я сам столкнулся с этой проблемой. Изначально в качестве предварительного усилителя операционник TL071. Это очень хороший высокочастотный импортный ОУ с малошумящим выходом на полевых транзисторах. Он может работать на частотах до 4 МГц – этого с запасом хватает и для воспроизведения частот помех и для самовозбуждения. Что делать? Один хороший человек, спасибо ему огромное, посоветовал мне заменить операционник на другой, менее чувствительный и воспроизводящий меньший диапазон частот, который просто не может работать на частоте самовозбуждения. Поэтому я купил наш отечественный КР544УД1А, поставил и… ничего не поменялось. Это всё натолкнуло меня на мысль, что шумят переменные резисторы тембрблока. Движки резисторов немного “шуршат”, что и вызывает помехи. Убрал тембрблок и шум пропал. Так что это не самовозбуждение. С данным усилителем нужно ставить малошумящий пассивный тембрблок и транзисторный предусилитель дабы избежать вышеперечисленного.

Итоги

В результате получается хороший усилитель, который прекрасно воспроизводит как низкие, так и высокие частоты мало греется и работает в широком диапазоне питающих напряжений. Лично мне усилитель очень нравится. Осталось только соорудить для него предварительный усилитель, нормальный тембрблок и корпус, но об этом как-нибудь в другой раз.

Ниже прилагаю несколько фото готового усилителя.

На этом в принципе всё. Если остались какие-либо вопросы, задавайте их либо на форум VIP-CXEMA, либо мне на почту Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Автор: Дмитрий4202 

Усилитель на полевом транзисторе класс А

   Этот усилитель достаточно сложный, не смотря на очень простую схему. Усилитель выполнен всего на одном полевом транзисторе, но настройка его достаточно трудная. Вся настройка сводится к подбору полевого транзистора и ограничителя питающего напряжения. Резистор питания подбирается с сопротивлением 22-100 ом. Принципиальная схема:

   Мощность усилителя может достигать до 5 ватт, при использовании мощных полевых транзисторов. В этой схеме можно использовать и биполярные транзисторы, но мощность в таком случае не повысит 0,2-0,5 ватт. 

   Не сказал бы, что схема может быть легко повторена, мною были собраны пять таких УНЧ и все на разных транзисторах (полевых) из них заработало как нужно только 4. Основной недостаток схемы — большое количество постоянного напряжения на выходе. Транзистор открыт во время подачи сигнал, т.е. весь период, следовательно, он будет перегреваться достаточно сильно. Питается усилитель от однополярного источника 9-14 вольт. Емкость входных и выходных конденсаторов не критичны. На выходе использован неполярный конденсатор от 0,1 до 1 мкФ, выходной от 100 до 3300 мкФ. 

   Особо рассказывать про эту схему нечего. С виду напоминает усилитель НЕЛЬСОНА ПАССА — усилитель без деталей, просто в его случае мощность усилителя повышена, за счет используемого транзистора. В таких схемах пониженное КПД, поскольку больше половины мощности превращается в бесполезное тепло. Из-за большого тепловыделения, транзистор нужно установить на теплоотвод достаточно большой площади. 

Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

Бюджетные усилители «Super — A» класса с выходным каскадом на биполярных транзисторах

В статье приводится обзор усилителей мощно­сти звуковой частоты (УМЗЧ) радиолюбитель­ской разработки, позиционируемых как усилите­ли класса «Super — А». Статья адресована в основном тем читателям журнала, которые при­выкли думать самостоятельно, и обладают доста­точной квалификацией. Надеюсь, что приведенная ниже информация окажется для них полезной.

К написанию данной статьи подтолкнула попыт­ка реанимации (проведения профилактического ремонта) заслуженного, с более чем двадцатилет­ним стажем работы, усилителя Брагина образца 1990 г. [1]. В процессе проведения работ возник­ло желание заменить примененный в усилителе ОУ современным и собрать еще один экземпляр это­го УМЗЧ. В процессе выполнения задачи поиска подходящего ОУ, в Интернете был обнаружен зна­чительный объем полезной информации, относя­щийся к современным разработкам усилительных устройств, и сделаны соответствующие выводы. Некоторые из них будут кратко изложены ниже.

Начнем с краткого описания самой идеи режи­ма «Super — А», а затем обнаруженных в сети про­ектов (всего лишь 2), являющихся прямым ее про­должением. Еще два УМЗЧ радиолюбительской разработки, вклинившиеся в этот обзор, актуаль­ны и по сей день. Их исходные схемы взяты со страниц журнала «Радио».

Усилия разработчиков транзисторных усилите­лей давно уже направлены на поиск технических ре­шений, исправляющих присущие им недостатки. В рассматриваемом случае на уменьшение искаже­ний в области нуль-перехода сигнала, характер­ных для класса АВ, стараясь удержать транзисто­ры неработающего плеча усилителя от полного запирания путем динамического управления его смещением (так называемый, режим «Super — А» и аналогичные) или создать схемотехническую структуру, сглаживающую начальный, наиболее не­линейный участок ВАХ и биполярных транзисторов. Характерные для режимов «Super — А» и АВ осцил­лограммы продуктов нелинейности, полученные с выхода измерителя нелинейных искажений, на ко­торые для наглядности наложен исходный синусо­идальный сигнал, показаны на рис.1.

Рис. 1

Применение на выходе УМЗЧ полевых транзи­сторов, вопреки распространенному мнению, про­блему не устраняет: «В момент перехода плеча в неактивное состояние происходит «звон» на индуктивностях конструктива. Поэтому важно обес­печить минимальные длины проводников от поли­гонов платы до самих транзисторов (в идеале — транзисторы впаяны в плату), безындуктивные эмиттерные резисторы и т.п. Об этом уже много­кратно говорилось. Поскольку причина возникно­вения искажений не в транзисторах, то и методы борьбы идентичны. Либо «вылизывание» конструк­тива, либо недопущение перехода плеча в режим отсечки, а лучше всё вместе [4]».

Изложенное выше, к сожалению, относится не ко всем разработчикам. К примеру, Н. Сухов в сво­ей статье «К вопросу об оценке линейных искаже­ний УМЗЧ» [5] практически прямо заявляет, что он ничего не понял, разницы не услышал, или не за­метил и не собирается работать в этом направле­нии. Его слова «Проведенные автором испытания ряда усилительных устройств с динамическим смещением транзисторов выходного каскада (Super А фирмы JVC, Non Switching фирмы Pioneer, New Class А фирмы Technics) показали, что дейст­вие динамического смещения ощутимо только при малых токах покоя выходных каскадов (менее 20…30 мА), а при больших токах оно практически не влияет на линейность усилителя. Другими сло­вами, каскады с динамическим смещением позво­ляют практически устранить «ступеньку» при токе покоя выходных транзисторов порядка 15…20 мА вместо 50… 100 мА, но в то же время требуют зна­чительного усложнения схемы (наиболее совер шенное усилительное устройство с динамическим смещением — «Super — А» реализуется на 11 тран­зисторах) и заметно ухудшают термостабиль­ность тока покоя, не изменяя линейность усилите­ля в режиме номинальной мощности и не улучшая КПД усилителя» однозначно на это указывают.

Причем автор не удосужился даже информиро­вать читателя, какие именно усилительные устрой­ства им были испытаны. Это, естественно, наталки­вает на мысль, основанную на ряде приводимых автором якобы обнаруженных им недостатков реше­ния, что под веским определением «ряд усилитель­ных устройств» скрывается всего лишь одно [2]. Ста­тья предшествует ряду публикаций этого же автора под названием «УМЗЧ высокой верности», и поэто­му позиция автора в этом вопросе становится абсо­лютно понятной. Уровень этой его разработки крат­ко и грамотно рассмотрен в [6]. Фактически Н. Сухов своей публикацией надолго перекрывает направле­ние развития схемотехники УМЗЧ, заданное Ю. Ми­трофановым [2]. По этой же причине появление в 1990 г УМЗЧ Брагина [1] прошло незамеченным. Тем не менее, это направление радиолюбительских разработок до сих пор живет. Рассмотрим некото­рые из разработок в этой области.

УМЗЧ проекта «Натали»

Все его построение [7] зиждется на базе уси­лителя Брагина. Режим «Super-А» как таковой от­сутствует. Вместо него используется жесткая ста­билизация остаточного тока покоя не активного плеча выходного каскада усилителя [11]. Полно­стью отследить историю создания данного аппа­рата не представляется возможным ввиду того, что разработчик проекта на текущий момент уда­лил практически все промежуточные схемотехни­ческие решения. Сам проект «Натали» является яв­но коммерческим.

Случайно обнаруженные не окончательные ва­рианты схем этого усилителя выглядят, тем не ме­нее, на первый взгляд более привлекательными, чем некоторые последующие их версии, и вполне работоспособными. В них было использовано весьма оригинальное и интересное решение — оптронное управление коллекторными токами тран­зисторов выходного каскада, в последствии замещенное относительно тривиальным, но более бы­стродействующим вариантом.

В настоящее время присутствует несколько версий этого усилителя, в основном отличающих­ся максимальной выходной мощностью. Позици­онируются данные версии как Ноте и Pro. Повторять или не повторять этот УМЗЧ — это личное дело каждого, но надо учитывать, что в настоящее вре­мя ведется разработка очередной версии этого УМЗЧ с существенно сниженным коэффициентом нелинейных искажений (КНИ).

УМЗЧ Лайкова

Происхождение его [8] легко узнаваемо и представляет собой не совсем удачный симбиоз из входных цепей усилителя Брагина и оконечно­го каскада, заимствованного у усилителя В. Жбанова образца 1983 г. [9]. Исходная версия усили­теля Лайкова абсолютно неинтересна и провоцирует эффект неприятия специалистами, с чем автор сразу же и столкнулся, только попытавшись опуб­ликовать свою разработку в одном из журналов ра­диотехнического направления.

Тем не менее, находятся люди, весьма далекие от знания удачных схемотехнических решений 1980-х годов, которые готовы поучаствовать в строительстве и доводке данного усилителя. В ре­зультате коллективных стараний появилась на свет относительно интересная версия этого усилителя под номером 6 («Лайков v.6», см. рис.2), назначен­ная автором в последствии «базовой». До этого ба­зовой значилась исходная версия усилителя.

Рис. 2

Режим «Super — А» отсутствует. Используется простое решение, известное в прошлом веке как «усилитель с компенсацией нелинейности ампли­тудной характеристики» [10].

Показательно, что номиналы элементов кор­ректирующих цепей разных версий усилителей по­вторяются один в один и исходно использованы в УМЗЧ Брагина. Эти УМЗЧ уже давно разные по схемотехнике, а цепи коррекции у них одинаковы. Возникает закономерный вопрос, адресованный к разработчику: «а умеет ли он самостоятельно корректировать усилители?». Усилитель Лайкова подкупает своей простотой и неплохими заявлен­ными характеристиками.

УМЗЧ Брагина

В нём [1] использует режим, очень близкий по характеру и форме коллекторных токов к исходно­му «Super — А», однако схемотехническое решение узла управления базируется не на разработке инженеров JVC, а на базе промелькнувшего в жур­нале «Wireless World» в 1987 году [11] схемотех­нического решения стабилизации тока покоя транзисторов оконечного каскада усилителя. До­полнительно было введено слежение за выходным напряжением усилителя, что позволило превра­тить эти цепи стабилизации в цепи управления, практически полностью повторяющие результат работы цепей, формирующих режим «Super — А» в усилителях марки JVC.

Такое интересное и лаконичное решение, в со­вокупности с грамотно выполненной стыковкой транзисторной части усилителя с ОУ, использован­ном во входных цепях (прототипом данного реше­ния для Брагина является усилитель 1970-х годов производства компании Tesla [12]), обеспечивает очень высокие характеристики УМЗЧ в целом.

УМЗЧ Митрофанова

Одна [2] из первых реализаций попыток повто­рить принцип, заложенный в усилителях, исполь­зующих, так называемый, режим «Super-А», про­стыми и доступными средствами. Усилитель можно характеризовать как «условно работоспо­собный», хотя для своего времени (1986 г.) он был не так уж и плох. Основной проблемой была невы­сокая стабильность параметров и недостаточная устойчивость усилителя, вынуждающая приме­нять в нем исключительно низкоскоростные ОУ (хотя автор в этом и не признается, оправдывая свое неудачное решение другими причинами), что не способствовало достижению достаточно хоро­ших характеристик УМЗЧ в целом. Следующей проблемой была сильная зависимость работы цепей управления коллекторными токами выходных транзисторов от сопротивления нагрузки, т.е. их поведение на активной нагрузке нормально и предсказуемо, а на реальной нагрузке (акустиче­ских системах) уже отлаженные цепи управления зачастую полностью теряли свою работоспособ­ность, произвольно переводя усилитель в режим, близкий к стандартному АВ. К повторению не ре­комендуется, хотя с теоретическим его обоснованием и схемотехническими решениями ознако­миться все же следует.

УМЗЧ JVC А-Х50

Три из четырех перечисленных УМЗЧ были по­строены в железе, отлажены и испытаны. Во всех случаях, для определения действительного уровня качества УМЗЧ дополнительно производилось контрольное сравнительное прослушивание.

В качестве эталонного усилителя был выбран JVC А-Х50, входивший в линейку усилителей, раз­работанных в 1982 г., которые используют режим работы УМЗЧ «Super — А».

Усилитель обладает весьма высокими заявлен­ными параметрами и радует неожиданно хорошим звучанием. Это усилитель на самом деле очень вы­сокого класса. К сожалению, в более поздних ли­нейках УМЗЧ JVC разработчики стали применять электронные коммутаторы входов (например, в по­пулярном УМЗЧ АХ-400), что привело к заметной деградации звука.

Литература и полезные ссылки:

1. Брагин Г. Усилитель мощности 34 // Радио. — 1990. -№12. -С.63.
2. Митрофанов Ю. Экономичный режим А в уси­лителе мощности // Радио. — 1986. — №5. — С.40-43.
3. Kondo Hikaru. Nuevo concepto en amplificatores de potencia para audio si sterna «super А» de JVC // Mundo electronico. — 1980. — №102. — P.75-81.
4. http://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=61611 &p=1704685&viewfull-1#post1704685
5. Сухов H. К вопросу об оценке линейных ис­кажений УМЗЧ // Радио. — 1989. — №5. — С.54.
6. http://premium-a-class.rU/content/view/12/15/
7. Усилитель мощности «Натали»: http://forum.cxem.net/index.php?showforum=95
8. Усилитель А. Лайкова: http://cxem.net/sound/amps/ampphp
9. Жбанов В. Высоколинейный термостабильный усилитель НЧ // Радио. — 1983. — №10. — С.44-46.
10. Король В. УМЗЧ с компенсацией нелиней­ности амплитудной характеристики // Радио. — 1989.-№12.-С.52.
11. «Add-on current dumpig», Electronics & Wireless World, October, 1985, p.40.
12. Левинзон Г.Л., Логинов A.B. Высококачест­венный усилитель низкой частоты. — М.: Энергия, 1977. — С.61.

Автор: Алексей Ковальский, г. Киев
Источник: журнал Радиоаматор №1, 2016

Возможно, вам это будет интересно: